CN108097909B - 一种消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法，以满足实际单晶铸件生产的要求，具体方法为：采用定向凝固方法制备单晶铸件，在铸造前，通过引入与单晶铸件相连的工艺辅助部分，使该工艺辅助部分与铸件成为一个新的铸造构件且为铸件结构强度的最弱部位，使该部分成为铸造应力释放部位，并在铸件热处理后将该工艺辅助部分切除，得到完整的无再结晶的单晶铸件。
Description
技术领域
本发明属于高温合金技术领域，特别提供一种消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法。
背景技术
随着对航空发动机涡轮叶片的要求越来越苛刻，目前，世界范围内使用的最先进的航空涡轮叶片均为镍基高温合金单晶叶片。单晶定向凝固技术是在高温合金的研制中建立和完善起来的，该技术最初用来消除结晶过程中生成的横向晶界，从而提高材料的单向力学性能。但是，在实际的凝固过程中，由于铸造应力所产生的应变诱导再结晶发生，进而会产生横向晶界，从而损害其高温蠕变性能。铸造应力所引起的再结晶不同于外在因素所引起的再结晶，如磕碰、吹砂处理、研磨、机加等，而是与铸件本身的结构密切相关，再结晶的部位通常位于铸件的结构过渡处。长期以来，单晶高温合金铸造过程中的再结晶成为生产和使用镍基高温合金过程中必须要面临的问题，因此，有必要解决单晶铸件的再结晶问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法，以满足实际单晶铸件生产的要求。
具体技术方案为：
一种消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法，其特征在于：在铸造前，通过引入与单晶铸件相连的工艺辅助部分，使该工艺辅助部分与铸件成为一个新的铸造构件且为铸件结构强度的最弱部位，使该部分成为铸造应力释放部位，并在铸件热处理后将该工艺辅助部分切除，得到完整的无再结晶的单晶铸件。
本发明所述消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法，其特征在于：该方法所用浇注系统包括浇口杯1、直浇道2、底盘3、选晶器4、引晶条5、工艺辅助部分6、单晶铸件7以及排气道8；
其中，浇口杯1通过直浇道2与底盘3相连通，底盘3上设有选晶器4，选晶器4通过引晶条5与设在单晶铸件7底部的工艺辅助部分6相连接，单晶铸件7上还设有排气道8。
所述工艺辅助部分6与单晶铸件7由模具整体注射成型；注射成型压力为0.2-0.8MPa，注射时间20-90秒，保压时间10-90秒。
所述选晶器4为螺旋式选晶器，由起晶段4-1、选晶段4-2以及过渡段4-3组成，其中起晶段4-1的高度为10-30mm，直径为5-20mm；选晶段4-2为螺旋形，其直径为2-5mm；过渡段4-3的厚度为2-10mm。
所述引晶条5的截面形状为圆形、正方形或长方形，其中圆形直径为2-10mm，正方形边长为2-10mm，长方形边长为3-15×2-10mm，引晶条5的长度为10-100mm。
所述工艺辅助部分6的截面形状为圆形、正方形或长方形，其中圆形直径为2-10mm，正方形边长为2-10mm，长方形边长为3-15×2-10mm；工艺辅助部分6的长度为10-100mm。
所述单晶铸件7模壳制备采用氧化铝涂料及氧化铝壳料制备。单晶铸件7的模壳脱蜡采用蒸汽脱蜡，脱蜡压力为6-8个大气压，脱蜡时间为5-15秒，脱蜡温度为160-180℃；模壳脱蜡后进行焙烧，焙烧温度为890-1050℃。采用定向凝固方法制备单晶铸件7，制备单晶铸件7的浇注温度为1480-1550℃，保温炉的温度为1450-1540℃，凝固拉速为3-9mm/min。
本发明所述单晶铸件7采用PWA1483、PWA1484、CMSX-4、CMSX-10或DD33合金单晶材料。
本发明中，单晶铸件7制备后进行标准热处理，然后进行宏观腐蚀观察单晶的再结晶情况，然后切除工艺辅助部分6，最后得到完整的无再结晶的单晶铸件。该方法具有工艺简单、成本低、易操作等优点，能够有效解决单晶铸件的再结晶问题。
附图说明
图1浇注系统结构示意图。
图2采用辅助工艺部分制备的单晶铸件。
附图标记：1、浇口杯，2、直浇道，3、底盘，4、选晶器，4-1、起晶段，4-2、选晶段，4-3、过渡段，5、引晶条，6、工艺辅助部分，7、单晶铸件，8、排气道。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例所用浇注系统包括浇口杯1、直浇道2、底盘3、选晶器4、引晶条5、工艺辅助部分6、单晶铸件7以及排气道8；
其中，浇口杯1通过直浇道2与底盘3相连通，底盘3上设有选晶器4，所述选晶器4为螺旋式选晶器，其由起晶段4-1、选晶段4-2以及过渡段4-3组成；选晶器4通过引晶条5与设在单晶铸件7底部的工艺辅助部分6相连接，单晶铸件7上还设有排气道8。
实施例1
辅助工艺部分6与单晶铸件7由模具整体注射成型；注射成型压力为0.5MPa，注射时间20秒，保压时间30秒。
选晶器4为螺旋式选晶器，起晶段4-1部分的高度为10mm，直径为10mm；选晶段4-2为螺旋形，其直径为2mm；过渡段4-3的厚度为5mm；
引晶条5的截面形状为圆形，直径为2mm，引晶条5的长度为20mm；
工艺辅助部分6的截面形状为正方形，正方形边长为3mm；工艺辅助部分6的长度为10mm；
单晶铸件7模壳制备采用氧化铝涂料及氧化铝壳料制备；模壳脱蜡采用蒸汽脱蜡，脱蜡压力为6个大气压，脱蜡时间为5秒，脱蜡温度为160℃；模壳脱蜡后进行焙烧，焙烧温度为890℃；单晶铸件7采用PWA1483合金单晶材料；单晶铸件7采用定向凝固方法制备，制备单晶铸件7的浇注温度为1550℃，保温炉的温度为1500℃，凝固拉速为3mm/min；单晶铸件7制备后进行标准热处理，然后进行宏观腐蚀观察单晶的再结晶情况，见图2，最后切除工艺辅助部分6得到完整的无再结晶的单晶铸件。
实施例2
辅助工艺部分6与单晶铸件7由模具整体注射成型；注射成型压力为0.3MPa，注射时间20秒，保压时间10秒。
选晶器4为螺旋式选晶器，起晶段4-1部分的高度为20mm，直径为15mm；选晶段4-2为螺旋形，其直径为3mm；过渡段4-3的厚度为3mm；
引晶条5的截面形状为长方形，长方形边长为5×3mm，引晶条5的长度为20mm；
工艺辅助部分6的截面为长方形，长方形边长为6×4mm；工艺辅助部分6的长度为20mm；
单晶铸件7模壳制备采用氧化铝涂料及氧化铝壳料制备；模壳脱蜡采用蒸汽脱蜡，脱蜡压力为6个大气压，脱蜡时间为8秒，脱蜡温度为180℃；模壳脱蜡后进行焙烧，焙烧温度为1050℃；单晶铸件7采用CMSX-4合金；单晶铸件7采用定向凝固方法制备，制备单晶铸件7的浇注温度为1480℃，保温炉的温度为1480℃，凝固拉速为6mm/min；单晶铸件7制备后进行标准热处理，然后进行宏观腐蚀观，切除工艺辅助部分6，最后得到完整的无再结晶的单晶铸件。
实施例3
工艺过程与实施例1相同，不同的为工艺辅助部分6的截面形状为圆形，圆形直径为2mm；工艺辅助部分6的长度为15mm；
单晶铸件7制备后进行标准热处理，然后切除工艺辅助部分6，最后得到完整的无再结晶的单晶铸件。
实施例4
工艺过程与实施例2相同，不同的为采用的合金不同，单晶铸件7采用DD33合金，单晶铸件7制备后进行标准热处理，然后切除工艺辅助部分6，最后得到完整的无再结晶的单晶铸件。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法，其特征在于：在铸造前，通过引入与单晶铸件相连的工艺辅助部分，使该工艺辅助部分与铸件成为一个新的铸造构件且为铸件结构强度的最弱部位，并在铸件热处理后将该工艺辅助部分切除，得到完整的无再结晶的单晶铸件；
该方法所用浇注系统包括浇口杯(1)、直浇道(2)、底盘(3)、选晶器(4)、引晶条(5)、工艺辅助部分(6)、单晶铸件(7)以及排气道(8)；
其中，浇口杯(1)通过直浇道(2)与底盘(3)相连通，底盘(3)上设有选晶器(4)，选晶器(4)通过引晶条(5)与设在单晶铸件(7)底部的工艺辅助部分(6)相连接，单晶铸件(7)上还设有排气道(8)；工艺辅助部分(6)与单晶铸件(7)的蜡模由模具整体注射成型。
2.按照权利要求1所述消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法，其特征在于：所述注射成型压力为0.2-0.8MPa，注射时间20-90秒，保压时间10-90秒。
3.按照权利要求1所述消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法，其特征在于：所述选晶器(4)为螺旋式选晶器，由起晶段(4-1)、选晶段(4-2)以及过渡段(4-3)组成，其中起晶段(4-1)的高度为10-30mm，直径为5-20mm；选晶段(4-2)为螺旋形，其直径为2-5mm；过渡段(4-3)的厚度为2-10mm。
4.按照权利要求1所述消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法，其特征在于：所述引晶条(5)的截面形状为圆形、正方形或长方形，其中圆形直径为2-10mm，正方形边长为2-10mm，长方形边长为3-15×2-10mm，引晶条(5)的长度为10-100mm。
5.按照权利要求1所述消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法，其特征在于：所述工艺辅助部分(6)的截面形状为圆形、正方形或长方形，其中圆形直径为2-10mm，正方形边长为2-10mm，长方形边长为3-15×2-10mm；工艺辅助部分(6)的长度为10-100mm。
6.按照权利要求1所述消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法，其特征在于：所述单晶铸件(7)模壳制备采用氧化铝涂料及氧化铝壳料制备。
7.按照权利要求6所述消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法，其特征在于：所述单晶铸件(7)的模壳脱蜡采用蒸汽脱蜡，脱蜡压力为6-8个大气压，脱蜡时间为5-15秒，脱蜡温度为160-180℃；模壳脱蜡后进行焙烧，焙烧温度为890-1050℃。
8.按照权利要求1所述消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法，其特征在于：所述单晶铸件(7)采用PWA1483、PWA1484、CMSX-4、CMSX-10或DD33合金单晶材料。
9.按照权利要求1所述消除单晶高温合金铸件再结晶的工艺方法，其特征在于：所述单晶铸件(7)采用定向凝固方法制备，制备单晶铸件(7)的浇注温度为1480-1550℃，保温炉的温度为1450-1540℃，凝固拉速为3-9mm/min。
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